1、北京市大型公共建筑能耗統計數據庫與初步分析摘要：不同規模的公共建筑，其全年的用能特點和能源消耗總量不同。大型公共建筑雖然數量不多，但在我國民用建筑總能耗中占有很大比重。本文通過對北京市41座大型公共建筑的能耗調查，得到各個建筑的全年電耗現狀以及各系統設備構成，運行狀況。結合正在建設的公共建筑能耗數據庫，對北京市幾類大型公共建筑的用能現狀、能耗差異及特點進行描述。提出在建筑缺乏用能設備分項計量的條件下，需要對大型公共建筑重點用能設備運行狀態進行監測。關鍵字：大型公共建筑、建筑能耗、數據庫一、背景1.1大型公共建筑的定義不同規模的公共建筑，其室內人員、燈光和辦公設備的密度不同，全年的用能特點和能源

2、消耗總量也不同。根據建筑的用能特點，將公共建筑劃分為普通公共建筑和大型公共建筑。大型公共建筑是指建筑面積超過2萬m2且采用集中空調系統的各類星級酒店、大中型商場、高級寫字樓、車站機場及體育場館等。普通公共建筑則是指建筑面積在2萬m2以下或建筑面積超過2萬m2但未采用集中空調的各類辦公建筑、科研教學和醫療建筑等。圖1為建筑分類的示意圖。民用建筑居住建筑（住宅）普通公共建筑大型公共建筑公共建筑單幢建筑面積在2萬m2以下或2萬m2以上但未采用中央空調系統的商業營業用房、服務業用房、辦公用房、教育用房、醫療用房、科研用房、文化體育用房等。單幢建筑面積超過2萬m2以上且采用中央空調系統的高級寫字樓、星級

3、飯店、大型商場、政府辦公大樓、醫院門診及住院大樓、體育館、博物館、影劇院、廣播及電視臺等。工業建筑建 筑圖1 根據用能特點的建筑分類1.2國內大型公共建筑能耗現狀我國各地研究者對某些城市大型公共建筑進行了能耗調查與節能潛力分析，得到表1的結果。表1 各大城市公共建筑的能耗調查結果城市能 耗 特 點上海1對9幢寫字樓的調查表明，辦公樓的最大平均耗能量與最小平均耗能量相差2.21倍，平均能耗量為1.8 GJ/m2.a。另外對上海9家星級賓館的單位面積年一次能耗量的調查結果表明，其平均耗能量為2.698 GJ/m2.a。深圳2對15幢高層辦公建筑的抽樣調查結果，寫字樓的單位面積能耗最小的45 kWh

4、/m2.a，最大的為150 kWh/m2.a，平均值為96 kWh/m2.a。其中空調、照明、辦公設備大約各占30%。天津3對公共建筑的能耗采用訪問方式進行調查，按照一次能耗來計算，單位建筑面積能耗最大的為5.7 GJ/m2.a，最小的為0.86 GJ/m2.a，平均值為2.86 GJ/m2.a。武漢4對9幢大樓的全年能耗進行調查和現場測試，建筑能耗為0.3862.579 GJ/m2.a，空調能耗為0.1370.868 GJ/m2.a，最大的建筑能耗與最小的建筑能耗相差6.68倍，最大的空調能耗與最小的空調能耗相差4.41倍。商場、辦公樓、酒店的平均空調能耗為0.495 GJ/m2.a?？照{能

5、耗占總能耗的22.33%79.41%。香港5 6 7 8總計16000幢大型商業建筑的能耗要占到總能耗的30%。其中空調系統的電耗為43%、辦公設備17%、電梯扶梯7%、照明34%。對16家星級賓館的調查結果表明，賓館的平均能耗高達564 kWh/m2.a。部分商場的調查數據為電耗391454 kWh/m2.a，平均430 kWh/m2.a，其中照明和空調系統占到了85%以上。臺灣9對24家縣政府機關、33家“中央”政府機關、929幢中低層辦公建筑、8幢高層辦公建筑、3幢智能型辦公建筑的電耗進行調查，其用量指標依次為136、171、149、194、219 kWh/m2.a。商業性寫字樓的能耗高

6、于政府辦公建筑，建筑規模越大、智能化程度越高的辦公樓能耗越高。根據北京市城市總體規劃以及產業結構調整中繼續加大第三產業比重的需要，未來幾年內寫字樓、公寓、飯店、會展中心及奧運場館等大型公共建筑會大幅度增加，同時一批普通公共建筑由于使用功能改變進行改造后，能源需求成倍增長，在用能特點上轉變成為大型公共建筑。加上現有存量，北京市的大型公共建筑面積在未來幾年內將達到4000萬m2。按照現有的能耗指標推算，北京市僅大型公共建筑的全年電耗就會高達60 億kWh。將會對北京市的能源供應造成巨大壓力，并制約北京市的經濟發展。二、大型公共建筑能耗調查統計與數據庫建設2.1能耗調查統計方法對北京市大型公共建筑能

7、耗調查采用普查和重點調查相結合的方式。2005年3月初，向百余棟大型公共建筑的管理負責人發出了能耗調查表，通過回收此表得到的數據和幾年來北京市政府積累的統計數據，為建立能耗數據庫奠定基礎。在進行問卷式能耗普查的同時，作者于2005年4月至5月期間對北京市41座典型建筑入戶調查，深入了解了幾類大型公共建筑的能耗情況，空調系統運行情況，其他設備運行情況等。表2是進行深入調研的各類建筑基本情況。表2 被調查的建筑類型和數量建筑類型數量總建筑面積/萬m2綜合性商務樓10119.56寫字辦公樓1450.70商場1263.89賓館飯店541.69其中綜合性商務樓指的是匯集商業、辦公、娛樂、居住等多種功能的

8、建筑物單體或建筑群，而其他三種類型建筑寫字辦公樓、商場、賓館飯店則功能相對較為單一，通常為單體建筑。2.2能耗數據庫主要框架公共建筑能耗數據庫框架服務于公共建筑的節能。對于大型的公共建筑，從節能建筑的內容看，可以總體分為兩類，一是建筑物本體的熱工性能，即通過提高建筑圍護結構的保溫隔熱性能、門窗的密閉性能和充分利用通風、太陽能、自然采光等措施來降低為達到相同的室內舒適程度所需要的采暖和空調的能耗；二是提高建筑物內的能耗系統及設備的能源效率，包括采暖、空調系統、照明燈具、熱水器、家用電器及辦公設備等。其中暖通空調能耗分三部分：冷熱源能耗、末端設備能耗和輸送系統設備能耗，這與運行調節方法也密切相關。

9、結構如下：圖3 公共建筑節能途徑結構圖按照大型公共建筑能耗統計方法，將數據庫設計成為能夠方便快捷地反映的建筑物具體信息如下：圖4 數據庫內容2.3大型公共建筑能耗數據庫建設概況清華大學建筑節能研究中心結合多年來對大型公共建筑進行節能診斷測試的經驗，搭建了一整套大型公共建筑能耗數據庫。結合這一建筑能耗統計平臺并不斷進行完善和分析，將準確地給出我國各類建筑物所消耗終端能源的具體數據，并可以描述我國建筑能耗的具體特點，例如發展變化的特點、不同功能建筑耗能的特點、不同地域建筑耗能、建筑內不同終端用能特點等。截至2006年2月，已在大型公共建筑能耗數據庫中為484棟公共建筑建立初步檔案，其中北京市建筑4

10、04棟，按建筑類型和面積將其歸類，數量分布如下。表3 大型公共建筑能耗數據庫北京市建筑概況建筑面積（m2）小于2萬25萬510萬大于10萬總計寫字樓辦公樓2830211291商場12149237賓館飯店3342259109綜合性商務樓6861131醫院434112博物館、展覽館02002體育館730313學校01102機場車站、廣播臺20114北京市地方政府建筑26213151中央在京機關辦公建筑2293236其他363416總計1231597646404三、大型公共建筑能耗現狀分析大型公共建筑所消耗的能源種類根據建筑物內用能系統的不同而有所差別，一般以電為主，輔以天然氣、煤、蒸汽和市政熱水等

11、。3.1各類型建筑能耗現狀抽取數據庫中大型公共建筑樣本64個進行粗略估計。由于電制冷是目前大型公共建筑的制冷的主要形式，故選取的64座建筑均為電制冷形式，其使用的能源為單一電。（1）年耗電量圖5 各類型建筑2004年單位面積總電耗與建筑面積散點圖由圖中數據可以看出，商場類建筑較其他類型相比全年耗電量較大，大部分在200kWh/m2.a至300kWh/m2.a之間。商場耗電設備較多，照明設備數量多，空調系統設備容量大且運行時間長。賓館飯店和辦公樓類建筑耗電量相當，基本在200kWh/m2.a以下。綜合性商務樓由于其建筑功能分散，基本是建筑群，所以其單位面積年電耗參考性不強，需要對不同功能建筑的用

12、電量進行拆分才能反映不同功能的耗電量情況。根據統計學，我們在80的置信度下對北京市的各類大型公共建筑年單位面積的耗電量進行區間估計。表4 電制冷形式各類建筑年單位面積平均電耗建筑類型樣本數量平均電耗(kWh/m2.年)抽樣極限誤差(kWh/m2.年)置信區間(kWh/m2.年)商場1221624192240賓館飯店251218113129辦公樓181118103119綜合性商務樓912521104146（2）逐月耗電量將64座建筑按照各自類型對每月單位面電耗進行平均，得到圖6。可以看到夏季由于空調系統的使用，電耗顯著上升。在大型公共建筑全年能耗中，照明、動力等電耗是基本穩定的，而供冷、供暖能耗

13、是隨季節而波動的。因此，供冷季節的電耗高于過渡季節，可見空調制冷系統能耗在建筑能耗中占有相當大的比例。對于不同功能的建筑這一比例也不相同。如果將夏季各月電耗增加的部分作為空調系統的電耗，那么從圖中面積關系不難得到增加部分的電量占夏季總用電量的30左右。所以大型公共建筑節能的關鍵在于空調系統的高效運行。圖6 各類建筑2004年逐月平均單位面積電耗3.2各類型建筑能耗特點及差異 3.2.1商場類建筑商場營業時間每天長達12個小時以上，且全年營業。由于內部發熱量大，空調開啟時間也較其它公共建筑長，調查中了解到北京市一些商場的制冷機從3月下旬開啟運行到11月上旬。因此其單位面積的電耗在大型公共建筑中是

14、最高的。（1）電耗與冷機容量的關系 圖7為從數據庫中抽取的12座商場類建筑的制冷機容量與建筑面積的關系。從中可以看到一些建筑的裝機制冷量過大，有的制冷容量甚至超過了170W/m2。在重點調查過程中，了解到個別建筑冷機在負荷高峰時僅用兩臺，而4臺備用，在制冷機選型上缺乏節能意識。在確定制冷機臺數和每臺機組的容量時，往往過多地考慮一次投資，很少考慮全年動態負荷曲線，不能做到使同時運行的制冷機總容量盡可能地接近建筑的動態空調負荷。因此對于新建建筑，在設計時不僅要考慮設備單獨運行的特性，還要考慮系統的特性曲線、機組在部分負荷下的COP。圖7 商場類建筑制冷容量與建筑面積關系散點圖 從圖8可以看出各商場

15、相互之間用電量差異較大，電耗高的商場用電量達到了電耗低的商場的近3倍。上述差異表示北京市大型商場存在著巨大的節能潛力。圖8 12家商場2004年單位面積電耗（2）空調系統裝機功率與電耗的關系 表5給出了其中8家商場的空調系統裝機電功率數據及年單位面積電耗數據。圖9更直觀地反映出空調系統各部分裝機電功率的參考比例?？梢钥吹?家商場建筑面積不同，空調系統各部分裝機容量的比重也不同。表5 8棟商場建筑空調系統裝機電功率及電耗商場代碼建筑面積制冷機冷凍泵冷卻泵空調箱冷卻塔風機年單位面積電耗萬m2kWkWkWkWkWkWh/m2.aA3.11008160195241.152.5244B3.1891165

16、225128.718220C3.6133816516540588.2286D5.61640231280.549030134E61810590506192.7147260F7.71455370225663132229G9.610436003001047.166.9188H201543166.5468.565196125圖9 8家商場空調系統各部分裝機電功率比例總體來講，制冷機的裝機電功率占有較大比重，但經調查得到一般建筑的制冷機組均為兩用一備或一用一備，故其裝機電功率不能說明實際運行的設備功率值，冷凍泵、冷卻泵也會存在同樣的問題。但由于商場類建筑內部空間大，功能單一，都在營業范圍內，所以對于商場

17、的空調箱或新風機組來講，基本上不存在備用現象，各風機隨空調系統的運行時間變化。空調箱風機為商場類建筑的長期運行設備，在注重提高水泵效率的同時，不能忽視空調箱風機的高效節能運行。3.2.2賓館飯店類建筑賓館飯店類建筑與商場和寫字樓不同，雖然營業時間長，但由于受到旅游季節變化和入住率波動的影響，多數時間是在部分負荷下工作。圖8給出了25棟賓館2004年的單位面積電耗數據?？梢钥闯鲑e館類建筑平均電耗在100150kWh/m2.a，但也有個別建筑耗電量超過200 kWh/m2.a。圖10 25棟賓館2004年單位面積電耗從上述25棟賓館類建筑中找出年單位面積電耗最高和最低的建筑進行逐月電耗數據比較。從

18、圖10可看出，夏季為旅游旺季，空調系統需長期運行，故總體上來看賓館類建筑用電高峰亦在夏季。賓館類建筑風機盤管功率雖小，但數量多，且一般賓館冬夏均采用風機盤管系統，故其耗電量也不容忽視。圖11 典型賓館逐月用電量散點圖3.2.3辦公樓類建筑辦公樓類建筑，全年使用時間約為250天，每天工作8小時，設備全年運行時間為2000小時左右。由于人員數量決定電腦等設備的開啟數量，室內照明相對固定，故寫字辦公樓類建筑室內熱擾與人員數量密切相關。表6給出了選取6棟寫字樓類建筑空調系統裝機電功率數據及年單位面積電耗數據。表6 6棟辦公樓類建筑空調系統裝機電功率及電耗建筑代碼建筑面積冷機冷凍泵冷卻泵冷卻塔風機新風機

19、空調箱風機盤管年單位面積電耗萬m2kWkWkWkWkWkWkWkWh/m2.aA5.587522210579.255.6623.79.146138 B5.6100816516516.595.5204.220113 C7.115883753009035.2203.552101 D8.317923973973356.1123.158.53139 E8.4189523823836938881109 F11.61920180300442017401.812110 四、結論對于大型公共建筑而言，能源消耗情況非常復雜。建筑物的空調、照明、辦公設備耗電三者性質不同。例如空調系統用電決定于運行方式和物業管理水

20、平，而照明和辦公設備用電則在很大程度上和建筑使用者的節能意識有關。對上述三者應采用不同的政策和管理手段。由于建筑物實際能耗和使用條件、入住率、設備效率衰減等諸多因素相關，只有實現建筑內各耗能環節分項計量，才可能真正把實際各類系統的能耗狀況和合理的用能配額相比較，確定差異如何形成，明確進一步的節能潛力。對于目前的建筑節能工作而言，首先需要對建筑物各用能環節和各系統的設備現狀做一全面了解，包括各設備臺數、裝機容量、與之相關的參數等。其次，在沒有分項計量工具的條件下，運行管理人員需要對重點用能設備進行詳細記錄，以便于分析各設備的運行狀況和能耗水平。對于一些常年運轉特別是根據季節和使用情況調節的設備，

21、如冷凍機水泵等則需定時對運行參數進行記錄，記錄數據不應該簡單作為操作工人到崗的依據，而應該用于發現運行中存在問題并作為分析原因以及改進和改造的判斷依據。重點用能設備運行狀態監測的內容如表5所示。表5 重點用能設備運行狀況記錄頻率及數據用途 設備需記錄的參數記錄頻率數據用途冷熱源冷源冷凍水供水溫度冷凍水回水溫度集水器入口水溫電動制冷壓縮機電流直燃機燃料消耗每12小時1次分析計算冷凍機COP統計冷凍機全年能耗鍋爐燃料消耗量補水量每天1次分析鍋爐凝結水回收率統計熱源全年能耗冷卻塔冷卻水進水水溫冷卻水出水水溫冷卻塔風扇開啟臺數與冷機相同分析冷卻塔效率統計冷卻塔電耗空調箱一次回風機組混風閥開度回風溫度風機運轉小時數風機電流每季1次每天1次分析風機效率和過濾器堵塞程度判斷房間溫度滿足情況統計空調箱電耗新風機組（排風機）排風溫度風機運轉小時數風機電流每天1次分析風機效率和過濾器堵塞程度統計新風機組電耗輸配系統冷凍泵水泵運轉小時數水泵電流每天1次統計水泵累計電耗冷卻泵采暖泵以上是針對空調系統所做出的記錄表格，對于照明、辦公系統亦需這樣的詳細統計，才能在沒有進行分項電表計量的前提下，摸清整棟建筑的分項能耗，明確進一步的節能潛力和方向。參考文獻1. 謝仲華，龍惟定. 建筑采暖空調能耗與節能潛力分析. 能源技術，2002（3）：1581612. 梁珍，趙加寧，郭駿